饲料酶的造粒方法和设备

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饲料酶的造粒方法和设备
大量的研究和实际应用都表明，饲用酶制剂作为饲料添加剂能消除抗营养因子，补充动物内源酶的不足，使营养成分更容易吸收，有效提高饲料利用率，从而扩大了可利用的饲料资源、降低饲料成本和减轻畜禽粪便造成的环境污染，并达到改善饲料风味及促进动物采食等一系列目的。应用饲用酶制剂不仅可促进动物的生长，还可防控动物疾病，与应用抗生素和各类激素物质相比具有卓越的安全性，因此饲用酶制剂引起了全球范围内饲料行业的重视。
饲料酶按其功能可分为2大类。一类是以促进消化道消化大分子物质为主的酶类，主要有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶和蛋白酶等。另一类是以消除饲料中的植酸、皂角素和草柔酶等抗营养因子为目的的酶类。主要作用是排除或抑制饲料中的抗营养因子，从而大大提高饲料的营养价值，木聚糖酶和植酸酶就属于此类。这类酶较第1类酶更重要，这是因为第1类酶中的大多数酶类，动物本身就有，在饲料中添加只是补充内源性的不足；而第2类酶单胃动物本身不具备，且植酸等抗营养因子如不消除，不仅能与饲料本身的营养物质结合形成动物难消化的物质，大大降低饲料本身的营养价值，还能与动物本身的内源性酶类结合，形成无活性物质，降低动物对饲料中营养物质的消化吸收。我国饲料以植物性的饼粕和其他农副产品为主要来源，饲料中的抗营养因子含量相当丰富，因此在饲料中添加第2类酶尤其重要。
随着我国加人WTO，对畜产品的饲料安全要求越来越高，将禁止使用抗生素和各类激素，加强饲料酶的研究和精制已刻不容缓。
1  饲料酶制剂制粒的目的和要求
饲料酶在饲料中的添加量与制品的酶浓度有关，一般为100～300 g／t，制粒有如下好处：1)改善流动性，有利于混合均匀。2)防止产生尘埃，有利于环保。3)防止混合成分分离，通过制粒增大了密度和比重，可防止在混合过程中被系统的负压气流带走。4)防止粘壁或凝聚成块。5)改进溶解度。6)减少二次制粒(环模制粒)时酶的失活。7)如对微丸进行包衣处理，可使酶制剂缓慢释放或肠溶。8)提高产品价值等。
由于饲料酶的添加量与饲料本身数量相比很小，因此要求饲料酶的颗粒较小，一般颗粒大小为40目左右，有利于饲料酶与饲料均匀混合。由于要求能大量制备大小均匀、40目左右的饲料酶微粒(丸)，且制粒过程中又不能有过高的温度产生，以免破坏酶的活性，因此对饲料酶的制粒技术和设备有很高的要求和难度。
2饲料酶微丸的制备方法2．1流化床喷雾造粒法
流化床包衣机由Wurster首创，是国外制备医药微丸较常用的方法，也有用此法来制备酶制剂的，如 BOSPRO公司植酸酶微丸的制备。该设备有空气压缩系统、动力加热系统、喷雾系统及控制系统组成。图1为顶喷流化床制粒，其方法是将物料置于流化室内，流化室底部的筛网较细，由不锈钢制成；一定温度的热空气流经筛网进人流化室，使药物和辅料在流化室内悬浮混合，粉末开始凝集成球粒；当颗粒大小达到规定要求时，停止喷雾，形成的小球粒即在原来的流化室内干燥。在整个过程中，微粉捕集装置始终处在振动状态，微粉不断被震落到流化床内，继续与雾滴或湿粒接触成球。微丸的包衣过程亦在该流化床内进行，即制粒、干燥与包衣一步完成。在这一过程中，微丸始终处在流化状态，可有效防止微丸在包衣过程中的粘连现象；在顶喷流化床制粒中2个最关键的过程参数是喷雾空气压力(体积)与液压加料速度，空气进口温度和体积对颗粒形成影响较小，但当黏合剂强度降低时，这些次要参数的影响会增长，黏合剂类型和浓度在粒径形成中亦起到重要作用。一般用顶喷方法制备的颗粒呈多孔性并具有松的结构，密度较低，在水中极易分解，颗粒的真球度较差，大小均匀性差些。

流化床制粒除顶喷结构外，切向喷雾(旋转)和底喷是另2种常见结构，分别见图2和图3。切向喷雾设备的主要特征是旋转的圆盘可调。加工时，3种机械力：圆盘旋转产生的离心力及空气通过圆盘间隙产生的举升力和重力使颗粒移动、混和并制粒。这些力类似旋转上升的螺旋线，提供优良的混和并使颗粒酶含量均匀。由切向喷雾制得的颗粒较用顶喷制得的密实，颗粒的真球度高，需包衣的颗粒大多选择切向喷雾造粒，这是由于切喷采用转子制得的颗粒的表面形状光滑并接近圆球状，更适合包衣。
底喷主要用于微丸的包衣，底喷的特征是一块空气分布板和分隔板，二者组合起来使颗粒通过隔筒流化(包衣区域)。喷嘴安装于产品容器底部并位于包衣区中央。包衣材料和颗粒间的距离短，使喷雾干燥时间减至最小，底喷流化床具有优良的包衣均匀度和包衣效率。

流化床技术广泛应用于制粒和包衣，3种流化床过程各有独特性能。每种方法的优点、局限和应用有关，对每种流化床过程、材料性质和最终产品要求的了解有助于为具体应用选择最佳过程。流化床喷雾造粒干燥过程是流态化技术、雾化技术和干燥技术三者的有机结合。
2．2挤出滚圆造粒
2．2，1挤出滚圆造粒的基本原理
利用挤出滚圆法制备饲料酶制剂微丸至少需采用挤出机和滚圆机2台机器方能完成造粒过程，其制备工艺大致可分为4个步骤：1)将所需制备粉料与适量的黏合剂及水混合均匀。2)混合均匀的物料经挤出机挤成直径相等的条状。3)条状物料在滚圆机旋转的摩擦盘中切断为均匀的圆柱体，并在剪切力、离心力及微丸间相互作用等共同作用下逐渐将圆柱状颗粒修整成大小规一且圆球度好的微丸。4)将所收得微丸进行干燥处理。
2．2．2挤出装置
挤出机是使混合后的湿粉团物料成型为细长圆柱形的装置。目前常用的主要有螺杆式挤出机和篮筐筛网式挤出机。
1)螺秆式挤出机
图4是单螺杆式挤出机螺杆前面出料装置的示意图。
单螺杆挤出机还有另一种形式是侧面挤压出料。与前面挤压出料相比，物料的挤压面积更大，故生产效率更高，见图5。
单螺杆挤出机因结构简单、设计制造容易、廉价且易操作等优点得到广泛应用。
双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的，与单螺杆挤出机相比，它具有加料容易、物料在挤出机中停留时间短、混合性能优异、发热少、比功率消耗低(能耗减少近50％)及容积效率高等优良的性能。双螺杆挤出机是侧面挤压出料，见图6。
2)篮筐网式挤出机
篮筐筛网式也叫离心旋压挤出。其挤压叶片可与物料充分接触，挤压面积很大，物料停留时间短，发热少，是挤出机中生产效率最高的一种。此外，篮式挤出还可实现自动卸料，是挤出的理想选择机型，见图7。

挤压模板中开孔的大小直接决定被挤出细条物料的直径，从而决定滚圆得到微丸的直径大小。而模板的开孔率则影响挤出的生产效率。
2．2．3滚圆装置
经挤出机挤出的物料被滚圆机的转盘剪切成与圆柱直径相同的长度后，再在高速旋转的转盘上滚制成圆球或近球微丸。转盘是一个有特殊凹凸槽的圆盘，颗粒在转盘上受转动的惯性力和离心力作用，其合力方向指向A方向(见图8)。与外周壁碰撞的粒子失去力的作用而返回内周，它们在凹凸盘上又受到驱动，与外周壁再次碰撞，形成一个连续并扭成绳状的涡流运动，在造粒机简体整个外周重复进行，随机的滚动，迅速制成圆球。
挤出滚圆法制备微丸的主要特点为：1)生产能力大，操作自动化程度高。2)产品成品率高，批次间重现性好。3)因挤出的孔径一定，颗粒直径大小相同，故粒径分布带窄且颗粒强度高，致密度大。4)微丸圆整度好且堆积密度大。基于这些优点，它已成为目前制备球形微丸最具应用前景的造粒方法之一。
2．3搅拌制粒法
搅拌制粒法是利用粉体的凝聚性而采用的制粒方法，是在固定容器中加入粉体，再加入黏合剂，利用高速刀片边搅拌边制粒，也就是常说的高速搅拌混合制粒。
搅拌制粒的叶片转速较高，因此也有破碎作用。根据这种破碎力与形成颗粒的凝聚力之间的动态平衡决定颗粒的粒度。
搅拌制粒法的特点是：借助混合机原有的性能，在较短的时间内混合的同时能进行制粒，并能使用各种不同黏度的黏合剂。但是由于受破碎作用的影响，制粒物的粒度容易不均匀，还应按需要进行分级，—次成品率偏低，颗粒的致密度差，表面不光滑。
2．4离心造粒机制备微丸
离必造粒机制备微丸是在旋转的转子上输入一定量的母粒(即丸模)，鼓风时由于离心力和摩擦力的作用，在定子和转子的曲面上形成涡流回转运动的粒子流。然后向其表面喷射雾化的浆液并撒物料，于是颗粒越滚越大，越滚越圆，变成真球度很高的球粒。离心造粒机造粒的过程即颗粒尺寸放大的过程，与使用“丸模”的基本原理一致。喷浆流量和供粉速率由计算机控制，微丸的圆整性好，粒径分布集中，但生产效率低，只能用于小规模生产。
3结束语
综合考虑饲料酶的造粒方法和设备、成本、生产效率和造粒质量：流化床喷雾造粒法和挤出滚圆法是生产饲料酶微丸的理想方法，在国内外大公司的生产实际中得到主要应用。流化床喷雾制造微丸对设备要求很高，此种设备国内虽有仿制，但性能与国外产品相比差距很大，难以大规模制造出真球微丸，而国外设备价格昂贵。挤出滚圆法相对简单些，设备价格便宜，产量大，较适合我国国情，是饲料酶造粒工业化设备的很好选择。但挤出滚圆法制备微丸与设备的具体设计、工作参数及辅料配方都有关系，国内真正掌握该项技术的人也并不多。

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